芯片互连技术讲义共42页

《芯片互连》PPT课件
这是一份关于芯片互连的PPT课件。我们将深入探讨芯片互连的优势、挑战、 技术路线和分类、以及应用场景。希望能够帮助大家更深入地了解芯片互连 技术。
什么是芯片互连？
定义
芯片互连是将芯片之间或芯 片与外部环境之间的信息传 输和能量传递通路连接到一 起，实现芯片之间的互相交 流的技术。
芯片互连技术应用场景
数据中心
芯片互连技术可以实现数据中心的高速、低延迟、 可靠连接，可促进数据中心优化和效率提升。
智能家居
芯片互连技术可以实现智能家居设备的联动、互动、 便捷控制，可以提高家庭生活质量和舒适度。
工业自动化和机器人
芯片互连技术可以实现工厂自动化、流水线控制和 机器人互联互通，可以提高生产效率和产能。
芯片互连的优势和挑战
优势
芯片互连技术可以实现设备间的高速联网和数据交 换，有助于实现智能制造、智能家居、智慧城市等 应用，并带来高效便捷的用户体验。
挑战
芯片互连技术也带来了数据安全、隐私保护、网络 攻击等方面的风险和挑战，需要采取有效措施进行 防范和应对。
商业机会
随着芯片互连技术的不断发展和应用，也带来了巨
3 发展趋势
芯片互连技术将持续向可集成、多功能、高性能、低功耗、高可靠、安全保密的方向发 展，推动芯片产业链创新升级，挖掘出更多商业价值。
芯片互连的基本概念
芯片封装技术
• 裸片封装 • PLCC封装 • BGA封装 • CSP封装
芯片间连接技术
• 点对点连接 • 总线连接 • 交叉开关连接 • 集成互连连接
外部接口标准
• USB • HDMI • PCI • SATA
芯片互连的分类和特点
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按传输距离分类

➢ 一、引线键合技术（WB） 1、引线键合技术概述
引线键合技术是将半导体裸芯片（Die）焊区与 微电子封装的I/O引线或基板上的金属布线焊区（ Pad）用金属细丝连接起来的工艺技术。
2、引线键合技术分类和应用范围
➢ 常用引线键合方式有三种： 热压键合 超声波键合 热超声波（金丝球）键合
➢ 特点：低成本、高可靠、高产量等，WB成为芯片互 连主要工艺方法，用于下列封装:
7、WB可靠性问题
1）金属间化合物形成——常见于Au-Al键合系统，紫斑 和白斑
2）引线弯曲疲劳——引线键合点跟部出现裂纹。 3）键合脱离——指键合点颈部断裂造成电开路。 4）键合点和焊盘腐蚀
腐蚀可导致引线一端或两端完全断开，从而使引线在 封装内自由活动并造成短路。
➢ 二、载带自动键合技术（TAB） 1、载带自动键合（TAB）技术概述
6、WB线材及其可靠度
➢键合对金属材料特性的要求： 可塑性好，易保持一定形状，化学稳定性好；
尽量少形成金属间化合物，键合引线和焊盘金 属间形成低电阻欧姆接触。
➢柯肯达尔效应：两种扩散速率不同的金属交互 扩散形成缺陷：如Al-Au键合后，Au向Al中迅 速扩散，产生接触面空洞。通过控制键合时间 和温度可较少此现象。
·陶瓷和塑料BGA、SCP和MCP ·陶瓷和塑料封装QFP ·芯片尺寸封装 (CSP)
3、WB技术作用机理
提供能量破坏被焊表面的氧化层和污染物，使焊区金 属产生塑性变形，使得引线与被焊面紧密接触，达到原子 间引力范围并导致界面间原子扩散而形成焊合点。 ➢ 引线键合键合接点形状主要有楔形和球形，两键合接 点形状可以相同或不同。
4、引线键合接点外形
球形键合
第一键合点
第二键合点

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目前CNT的发展现状
日本： 1000根CNTs的Via互连技术； 美国：定向生长CNT，填充SiO2并进行抛光实
现了CNTs的互连； 德国：20-60nm单根多壁CNT互连； 法国：单根40nm多壁CNT互连，特征电阻为
30KΩ； 国内：研究集中在CNT互连模拟领域， CNT
互连研究处于起步阶段。
目前IC芯片内的互连 线主要是铜材料，与 原来的铝互连线相比， 铜在电导率和电流密 度方面有了很大的改 进。但是，随着芯片 内部器件密度越来越 大，要求互连线的线 宽越来越小，铜互连 的主导地位也面临着 严峻的考验。当芯片 发展到一定尺寸，在 芯片内以铜作为互连 线就会遇到一系列问
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电迁移现象是集成电路 制造中需要努力解决的 一个问题。特别是当集 成度增加，互连线条变 窄时，这个问题更为突 出。
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早期互连技术：铝互连
铝互连的优点：
铝在室温下的电阻率仅为2.7μΩ·cm；
与
n+ 和p+ 硅的欧姆接触电阻可以低至
10E- 6Ω/cm2；与
硅和磷硅玻璃的附着
性很好，易于沉积与刻蚀。由于上述
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下一代互联材料与互连技术：碳纳米管互连
碳纳米管（Carbon Nanotubes）于1991 年发现以来, 就一直是纳 米科学领域的研究热点。
由于其超高电流密度承 载能力的特性（碳纳米管 上可以通过高达 1010A/cm2的电流 ）， 引起了集成电路器件制造 领域专家的关注。
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CNT生长
以Fe作为催化剂生长的CNT
700℃制得的CNT
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➢ 一、引线键合技术（WB） 1、引线键合技术概述
引线键合技术是将半导体裸芯片（Die）焊区与 微电子封装的I/O引线或基板上的金属布线焊区（ Pad）用金属细丝连接起来的工艺技术。
2、引线键合技术分类和应用范围
➢ 常用引线键合方式有三种： 热压键合 超声波键合 热超声波（金丝球）键合
➢ 特点：低成本、高可靠、高产量等，WB成为芯片互 连主要工艺方法，用于下列封装:
➢ 三、倒装芯片键合技术（FCB） 1、倒装芯片键合技术
倒装芯片键合（FCB）是指将裸芯片面朝下，芯片焊区与 基板焊区直接互连的一种键合方法：通过芯片上的凸点直接 将元器件朝下互连到基板、载体或者电路板上。而WB和 TAB则是将芯片面朝上进行互连的。由于芯片通过凸点直接 连接基板和载体上，倒装芯片又称为DCA（Direct Chip Attach ）
7、WB可靠性问题
1）金属间化合物形成——常见于Au-Al键合系统，紫斑 和白斑
2）引线弯曲疲劳——引线键合点跟部出现裂纹。 3）键合脱离——指键合点颈部断裂造成电开路。 4）键合点和焊盘腐蚀
腐蚀可导致引线一端或两端完全断开，从而使引线在 封装内自由活动并造成短路。
➢ 二、载带自动键合技术（TAB） 1、载带自动键合（TAB）技术概述
载带自动焊(Tape Automated Bonding，TAB)技术 是一种将芯片组装在金属化柔性高分子聚合物载带上的集 成电路封装技术；将芯片焊区与电子封装体外壳的I/O或基 板上的布线焊区用有引线图形金属箔丝连接，是芯片引脚 框架的一种互连工艺。
2、TAB技术分类
TAB按其结构和形状可分为：Cu箔单层带、 Cu-PI双层带、Cu-粘接剂-PI三层带和Cu-PI-Cu 双金属带等四种。

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2.3载带自动焊(TAB)技术
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• 2.3.1发展概况
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2.3.2.TAB技术优点
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2.3.3.TA.TAB关键材料与关键技术
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2.3.5芯片凸点的制作
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2.3.6 TAB图形结构与载带制作技术
第二章芯片互连技术
• 2.1概述
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芯片互连技术分类
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2.2引线键合(WB) 技术
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WB的分类与特点
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You Know, The More Powerful You Will Be
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谢谢大家
荣幸这一路，与你同行
It'S An Honor To Walk With You All The Way
演讲人：XXXXXX
时 间：XX年* XX月XX日
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引线键合技术
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引线键合键合接点形状主要有楔形和球形，键合接点有两个，两 键合接点形状可以相同或不同。
球形键合
楔形键合
引线键合工艺参数
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➢键合温度 WB 工艺对温度有较高的控制要求。过高的温度不仅会产生过多的氧化物影响键合质量，并
且由于热应力应变的影响，图像监测精度和器件的可靠性也随之下降。在实际工艺中，温控系 统都会添加预热区、冷却区，提高控制的稳定性，需要安装传感器监控瞬态温度 ➢键合时间
芯片焊区
芯片互连
I/O引线
半导体失效约有1/4-1/3是由芯片互连所引起，因此芯片互连对器件可靠性意义重大！！！
芯片互连技术概述
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芯片托盘(DIE PAD)
芯片(CHIP)
L/F 内引脚 (INNER LEAD)
热固性环氧树脂 (EMC)
金线(WIRE)
L/F 外引脚 (OUTER LEAD)
IC 封装成品构造图
芯片互连常见方法
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常见 方法
引线键合（又称打线键合）技术（WB） 载带自动键合技术（TAB）
倒装芯片键合技术（FCB）
这三种连接技术对于不同的封装形式和集成电路芯片集成度的限制各有不同的应用范围。 其中，FCB又称为C4—可控塌陷芯片互连技术。 打线键合适用引脚数为3-257；载带自动键合的适用引脚数为12-600；倒装芯片键合适用的引 脚数为6-16000。可见C4适合于高密度组装。
02 引线键合技术概述
引线键合技术
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引线键合工程是引线架上的芯片与引线架之间用金线连接的工程。为了 使芯片能与外界传送及接收信号，就必须在芯片的接触电极与引线架的引脚 之间，一个一个对应地用键合线连接起来，这个过程称为引线键合。也称为 打线键合。

，因为铜电镀是在低温（通常为室温）、 常压的条件下进行。
本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不 当之处，请联系本人或网站删除。
• 一般的铜电镀设备由正极（铜材）和负极 （表面淀积有一层铜子晶的硅片）组成。 电镀液主要是CuSO4，H2SO4，Cl-1和添 加剂，在负极的化学反应式为：
• 引入铜工艺技术，可以说是半导体制造业的一场 革命。由此带来了设计、设备、工艺、材料、可 靠性以及工艺线管理等方面的巨大变化。从技术 层面上来说，涉及工艺线后段从光刻、等离子刻 蚀、铜金属化、化学机械抛光、多层介质、清洗 ，直到工艺集成的所有模块。
• 随着设计的进一步缩小，金属布线层不断增加， 随之而来的互联延迟也随之加大。
• 实际上，如何降低互联引起的延迟，答案 决不是简单的一句话能解决的。初期用铜 代替Al合金，特别是上层的较长连线和电源 线部分。铜确实比Al的电阻小30%,而且抗 电迁移性能好得多，也就是说，在集成度 增加的情况下，铜能通过更大的电流密度 ，然而，横向金属连线之间的电容的减小 ，要用更薄的金属连线或者采用更复杂的 工艺，例如在金属连线之间加低介电常数 的材料。
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• 总之，铜金属互联、低介电常数材料、大 马士革结构（Damascene）业已成为在深 亚微米阶段前段工艺的又一新的标志，并 将发展成为超大规模集成电路工业新的国 际标准。
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改进电迁移的方法?竹状结构的选择对于竹状结构的铝引线与常规引线不同组成多晶体的晶粒从下而上贯穿引线截面整个引线截面图类似与许多竹节的一条竹子晶粒间界垂直于电流方向所以晶粒间界的扩散不起作用铝原子在铝薄膜中的扩散系数和在单晶体中类同

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2.2引线键合(WB) 技术
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引线键合技术
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TAB的历史
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ห้องสมุดไป่ตู้1
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FCB发展历史
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结束语
当你尽了自己的最大努力时，失败也是伟大的， 所以不要放弃，坚持就是正确的。
When You Do Your Best, Failure Is Great, So Don'T Give Up, Stick To The End 演讲人：XXXXXX 时 间：XX年XX月XX日
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第二章芯片互连技术
• 2.1概述 • 2.2引线键合(WB) 技术 • 2.3载带自动焊（TAB）技术 • 2.4倒装焊（FCB） • 2.5芯片互连方法的比较
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2.1概述
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芯片的粘接
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芯片的粘接
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芯片的粘接 树脂粘接
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芯片的粘接
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芯片的粘接
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芯片互连技术分类
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2.5芯片互连方法的比较

低成本、高可靠、高产量等特点使得WB成为芯片互 连主要工艺方法，用于下列封装:
·陶瓷和塑料BGA、SCP和MCP ·陶瓷和塑料封装QFP ·芯片尺寸封装 (CSP)
WB技术作用机理
提供能量破坏被焊表面的氧化层和污染物，使焊区金 属产生塑性变形，使得引线与被焊面紧密接触，达到原子 间引力范围并导致界面间原子扩散而形成焊合点。引线键 合键合接点形状主要有楔形和球形，两键合接点形状可以 相同或不同。
采用Al箔：导热性和导电性及机械强度、延展性。
3）凸点金属材料 芯片焊区金属通常为Al，在金属膜外部淀积制
作粘附层和钝化层，防止凸点金属与Al互扩散。典 型的凸点金属材料多为Au或Au合金。
重庆城市管理职业学院
TAB技术的关键材料
第二章
重庆城市管理职业学院
TAB的优点
第二章
1）TAB结构轻、薄、短、小，封装高度<1mm
第二章
测试 完成
重庆城市管理职业学院
第二章
TAB技术的关键材料 1）基带材料
基带材料要求高温性能好、热匹配性好、收缩 率小、机械强度高等，聚酰亚胺（PI）是良好的 基带材料，但成本较高，此外，可采用聚酯类材 料作为基带。
重庆城市管理职业学院
TAB技术的关键材料
第二章
2）TAB金属材料 制作TAB引线图形的金属材料常用Cu箔，少数
腐蚀可导致引线一端或两端完全断开，从而使引线 在封装内自由活动并造成短路。
重庆城市管理职业学院
第二章
载带自动键合（TAB）技术概述
载带自动焊(Tape Automated Bonding，TAB)技术是 一种将芯片组装在金属化柔性高分子聚合物载带上的集成 电路封装技术；将芯片焊区与电子封装体外壳的I/O或基板 上的布线焊区用有引线图形金属箔丝连接，是芯片引脚框 架的一种互连工艺。

25、学习是劳动，是充满思夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈
23、一切节省，归根到底都归结为时间的节省。——马克思 24、意志命运往往背道而驰，决心到最后会全部推倒。——莎士比亚
1、不要轻言放弃，否则对不起自己。
2、要冒一次险!整个生命就是一场冒险。走得最远的人，常是愿意 去做，并愿意去冒险的人。“稳妥”之船，从未能从岸边走远。-戴尔．卡耐基。
梦 境
3、人生就像一杯没有加糖的咖啡，喝起来是苦涩的，回味起来却有 久久不会退去的余香。
半导体
第十五讲
互连 4、守业的最好办法就是不断的发展。 5、当爱不能完美，我宁愿选择无悔，不管来生多么美丽，我不愿失 去今生对你的记忆，我不求天长地久的美景，我只要生生世世的轮 回里有你。